ОСНОВНЫЕ ПРЕДСТАВИТЕЛИ АЛКЕНОВ

Этилен. Этилен в больших количествах выделяется из газов крекинга и коксования и используется для получения полимеров (полиэтилен, полихлорвинил), растворителей (спирт, дихлорэтан, эфиры гликолей), антифризов (жидкостей, снижающих температуру замерзания воды), боевого отравляющего вещества – иприта, веществ, применяемых в сельском хозяйстве для дозревания плодов.

В обычных условиях этилен – бесцветный газ, Т_пл.= -169,2⁰С, Т_кип.= -103,7⁰С, со слабым сладковатым запахом, почти нерастворим в воде, горит более ярким пламенем, чем метан, с воздухом образует взрывчатую смесь.

Пропилен. Также выделяется из промышленных газов и применяется для получения полипропилена, глицерина, фенола, изопропилового спирта и др. Полипропилен обладает высокой механической прочностью, соответствующей порядку прочности стали (350-410 кг/ см²) и не уступая полиамидному волокну, имеет высокую температуру размягчения (165-170⁰С).

В обычных условиях пропилен – бесцветный газ, Т_пл.=-185,2⁰С, Т_кип.=-47,7⁰С.

Бутилен. В обычных условиях газ с Т_кип.=6,3⁰С. н-Бутилен является одним из исходных веществ для получения дивинила (бутадиена-1,3), который, в свою очередь, служит исходным продуктом для получения синтетического каучука.

Изобутилен. Бесцветный газ с Т_кип.=-6,9⁰С. Содержится в газах нефтепереработки. Используется для синтеза бутил-каучука, высокооктанового топлива- изооктана, полиизобутилена, высокомолекулярного полимера, отличается высокой химической стойкостью, водостойкостью и применяется в виде обкладочных листов и антикоррозийных защитных пленок.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ХИМИИ АЛКЕНОВ

Алкены в природе встречаются в составе нефтяного газа и горючих сланцев. В окружающую среду они могут попадать при выбросах нефтеперерабатывающих, химических, металлоперерабатывающих предприятий, а также при сварочных работах и обработке натрий-бутадиенового каучука. При попадании в атмосферу алкены подвергаются фотохимическим реакциям с кислородом, оксидами азота и серы. В воде они нестабильны, но при низких температурах могут сохраняться около 10 сут.

Алкены обладают как наркотическим действием, и этот эффект более выражен, чем у алканов, благодаря большей растворимости этиленовых углеводородов в воде. Высшие гомологи раздражают слизистые оболочки дыхательных путей и обладают судорожным действием. У людей длительное воздействие этена и пропена приводит к полиневритам, снижению чувствительности, нарушению кровообращения. Пропен для теплокровных животных, помимо общетоксического действия, проявляет канцерогенное и мутагенное.

В организм алкены поступают через легкие и распределяются по тканям, богатым липидами. Например, этилен накапливается в липидах мембран митохондрий. Пути метаболизма алкенов исследованы мало.

Максимальная разовая концентрация (ПДК_мр) и предельно допустимая среднесуточная концентрация (ПДК_СС) в атмосферном воздухе для этилена и пропена составляет 3 мг/м³; для пентена-1 — 1,5 мг/м³; для гексенов ПДК_мр = 0,4 мг/м³, ПДК_СС = 0,085 мг/м³.

Этилен в живой природе

Этилен в живой природе играет особую роль. Он продуцируется растениями в качестве фитогормона. Этилен образуется из аминокислоты метионина практически в любом органе растения, но все же наиболее высока скорость его биосинтеза в стареющих листьях и созревающих плодах. Содержание в них этилена достигает 0,01-25,0 мкл на кг сырой массы. Выделение растениями этилена тормозится недостатком кислорода.

Физиологические функции этилена в растении многообразны. Этилен способствует старению тканей и тем самым ускоряет опадание листьев и плодов. В случае локальных повреждений растение синтезирует так называемый "стрессовый этилен", который способствует отторжению поврежденных тканей. Этилен увеличивает покой семян, клубней и луковиц, а также ускоряет созревание плодов. Этилен используют для ускорения дозревания плодов, для чего их помещают в специальные герметично закрытые камеры, заполненные этим газом.

Этилен оказывает влияние на генеративные органы растений, в частности способствует смещению пола двудомных растений в женскую сторону. Это приводит, например, к изменению соотношения женских и мужских цветков огурца и способствует повышению его урожайности. Обработка этиленом стимулирует цветение некоторых видов растений, например манго и ананасов.

Этилен как газообразное соединение обладает высокой подвижностью в растительных тканях. Поэтому, быстро распространяясь по растению, он оказывает регулирующее действие на работу других фитогормонов, усиливая или, напротив, подавляя их физиологическую активность.

Биоразлагаемые полимеры

Суммарный объем производства полимерных материалов во всем мире достигает многих десятков миллионов тонн. Свойства полимеров весьма разнообразны и определяются их областью применения. На основе полипропилена и ароматических полиамидов, например, созданы ценные конструкционные материалы, устойчивые к различным воздействиям. Эти материалы с успехом применяют в строительстве и машиностроении.

Однако не во всех областях требуются очень прочные и устойчивые к различным воздействиям полимеры. К таким областям относится, например, изготовление тары различного рода: мешки, пакеты, бутыли и т. д. Срок службы таких полимерных изделий невелик, вследствие чего многие миллионы тонн полиэтилена, полипропилена и других материалов ежегодно попадают на свалки. Эти материалы не гниют в почве и устойчивы к атмосферным воздействиям, так как в соответствующих организмах (грибы, бактерии) отсутствуют ферменты, способные разрушать синтетические полимерные материалы. Поэтому проблема защиты окружающей среды от устойчивых полимеров превратилась в одну из актуальных глобальных задач. Создав исключительно прочные полимерные материалы, химики теперь озабочены прямо противоположной проблемой: как получить материалы, обладающие непродолжительным сроком эксплуатации и способные разлагаться в природных условиях.

Исследования развиваются в двух направлениях.

1. Применение биополимеров. Биополимеры производятся живыми организмами и способны разлагаться в природных условиях. Прежде всего, это полисахариды: крахмал, целлюлоза.

2. Синтез аналогов биополимеров, способных к разрушению под действием света или бактерий, а также полимеров, растворимых в воде.

На пути создания синтетических биоразлагаемых полимеров достигнуты первые успехи.

Разработан процесс изготовления предметов тары из полиэтилена, в который внедрены частицы крахмала. Крахмал весьма неустойчив в природных условиях, вследствие чего все изделия из такого полимера разлагаются значительно быстрее, чем обычные полимеры.

Полезным полимером оказался поливинилацетат. При его гидролизе получают биоразлагаемый материал - поливиниловый спирт.

Его ценным качеством является растворимость в воде. Тара, изготовленная из поливинилового спирта, легко утилизируется.

Специалисты в области «зеленой» химии, перед которой в странах Западной Европы и США поставлены задачи создания безотходных и безопасных для окружающей среды технологий, возлагают большие надежды на полимолочную кислоту (ПМК).

ПМК легко разлагается в природных условиях или гидролизуется до молочной кислоты, которая может быть вновь превращена в полимер. Пленки ПМК обладают эластичностью, пригодны для изготовления тары, в том числе для пищевых продуктов, так как защищают упакованный товар от запахов и загрязнений. Полагают, что ПМК может оказаться особенно перспективной для изготовления синтетических ковров, поскольку пригодна для изготовления как лицевой стороны, так и основы ковра.

Разработан новый метод производства полимолочной кислоты. По этому методу синтетический полимерный материал впервые производят из возобновляемого растительного сырья - углеводов кукурузы.

Успехи в производстве биоразлагаемых полимеров пока невелики. В любом случае они пока еще несопоставимы с глобальным характером экологических проблем, которые создают в окружающей среде современные полимеры. Первые результаты указывают, однако, что химики находятся на верном пути к их решению.

ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ ПО ТЕМЕ «АЛКЕНЫ»

1) Какие орбитали (s, p, гибридные) участвуют в образовании ковалентных связей (σ-,π-) в молекулах 2-бутена, 1-пентена?

2) Напишите структурные формулы всех одновалентных радикалов состава C₃H₅ и назовите их.

3) Назовите следующие углеводороды по рациональной и систематической номенклатуре:

4) Напишите структурные формулы следующих соединений:

а) сим.- метилэтилэтилена;

б) несим.- диизопропилэтилена;

в) винилизопропилметана;

г) 2,2-диметил-3-этилоктена-4;

д) 3,4-диметил-2-этилпентена-1;

е) 2,2,4-триметилгексена-3.

5) Напишите структурные формулы изомерных углеводородов состава C₅H₁₀ и назовите их по систематической номенклатуре.

6) Напишите уравнения реакций получения бутена-1 всеми возможными способами.

7) Какие углеводороды получаются при дегидратации следующих спиртов в качестве основного продукта реакции:

а) изоамилового (СH₃)₂CHCH₂CH₂ОН;

б) втор-бутилового СH₃CH₂CH(ОН)CH₃;

в) трет-бутилового (СH₃)₂CОН;

г) 2-метилнонанола-5 (СH₃)₂CHCH₂ (ОН)(CH₂)₃CH_3.

Укажите, какие катализаторы используются для дегидратации. Какие спирты легче дегидратируются?

8) Какой углеводород получается при нагревании 3-бром-2-метил-пентана со спиртовой щелочью? Напишите реакцию и назовите полученный углеводород.

9) Какие углеводороды получатся при нагревании со спиртовой щелочью из:

а) иодистого изобутила;

б) 3-хлорпентана;

в) 2-бром-2-метилбутана.

10) Какие реагенты надо использовать, чтобы синтезировать 2,2-диметилгексен-3 из следующих веществ:

а) 3,4-дихлор-3,4-диметилгексана;

б) 3-бром-3,4-диметилгексана;

в) метилэтил-втор-бутилкарбинола;

11) Получите 4-метилпентен-2 из 4-метилпентена-1.

12) Напишите дигалогенопроизводные, из которых при взаимодействии с цинком можно получить следующие алкены:

13) Напишите реакции бутена-1 со следующими реагентами:

а) водородом (в присутствии катализатора, какого?);

б) бромом;

в) бромистым водородом;

г) серной кислотой;

е) хлорноватистой кислотой.

14) Расшифруйте схему следующих превращений. Продукты назовите.

15) Для 2-метил-2-бутена и 2-метил-1-пентена напишите схемы окисления

а) разбавленным водным раствором KMnO₄;

б) концентрированным водным раствором KMnO₄.

16) Напишите схему цепной реакции полимеризации 3-метилбутена-1.

17) Напишите реакции присоединения бромистого водорода к изобутилену в отсутствии и в присутствии перекисей. Приведите механизмы этих реакций. Объясните правило Марковникова.

18) Для изобутилена напишите реакцию димеризации, рассмотрите механизм димеризации в присутствии серной кислоты.

19) С помощью каких реакций можно осуществить следующие превращения:

Литература

1. Нейланд О.Я. Органическая химия / О.Я. Нейланд. -М.:Высшая школа, 1990. –751с.

2. Терней А. Современная органическая химия / А.Терней. -М.: Мир, 1981. -Т.1.–650 с.

3. Робертс Дж. Основы органической химии / Дж. Робертс, М. Касерио. -М.:Мир, 1978. -Т. 1. – 842 с.

4. Несмеянов А.Н. Начала органической химии / А.Н. Несмеянов, Н.А. Несмеянов. -М.: Химия, 1969. –Т.1. –663 с.

5. Иванов В.Г. Органическая химия / В.Г. Иванов, В.А. Горленко, О.Н. Гева. -М.: Мастерство, 2003. –560 с.

6. Травень В.Ф. Органическая химия / В.Ф. Травень. -М.:ИКЦ «Академкнига», 2006. –Т.1. –727 с.

АЛКЕНЫ

Методические указания

для подготовки к занятиям по дисциплине органическая химия

Составили: РОГАЧЕВА Светлана Михайловна

ГУБИНА Тамара Ивановна

Рецензент Л.А. Сафронова

Редактор Л.А. Скворцова

Подписано в печать 11.05.07 Формат 60х84 1/16

Бум.офсет. Усл. печ.л. 1,36 (1,5) Уч.-издл.л. 0,9

Тираж 100 экз. Заказ Бесплатно

Саратовский государственный технический университет

410054, Саратов, Политехническая ул., 77

Отпечатано в РИЦ СГТУ. 410054, Саратов, Политехническая ул., 77

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: